Litijeve baterije za polnjenje zdaj napajajo številne tehnologije, na katere se zanašamo vsak dan. Široko se uporabljajo v sistemih za shranjevanje energije, električnih vozilih, e-kolesih, prenosnih elektrarnah in potrošniški elektroniki.
Vendar pa izbira prave baterije ni vedno enostavna. Mnogi kupci niso prepričani o razlikah med standardnimi litij-ionskimi baterijami, kot sta NMC in LCO, in litij-železo-fosfatnimi baterijami, znanimi tudi kot baterije LiFePO4 ali LFP.
Uporabniki imajo tudi vprašanja o varnosti polnjenja, življenjski dobi baterije, shranjevanju in združljivosti polnilnika.
Ekipa Blumoti je ta vodnik pripravila na podlagi elektrokemijskih principov, zasnove sistema za upravljanje baterije in praktičnih inženirskih izkušenj. Pojasnjuje, kako delujejo litijeve baterije za polnjenje, kako jih varno polniti in kako podaljšati njihovo življenjsko dobo.
Vsebina
1. Glavne kemijske lastnosti litijeve baterije za polnjenje: Li-Ion proti LiFePO4
2. Kako delujejo litijeve baterije za polnjenje
3. CC/CV polnjenje in zaščita BMS
4. Kako podaljšati življenjsko dobo litijeve baterije za polnjenje
5. Varnost polnjenja in izbira polnilnika
6. Pogosto zastavljena vprašanja
7. Prilagajanje baterije Blumoti in projektna podpora
1. Glavne kemijske lastnosti litijeve baterije za polnjenje: Li-Ion proti LiFePO4
Pri izbiri litijeve baterije za ponovno polnjenje je kemija baterije eden najpomembnejših dejavnikov.
Dve najpogostejši kategoriji sta:
- Standardne litij{0}}ionske baterije, vključno z NMC in LCO
- Litij železofosfatne baterije, imenovane tudi LiFePO4 ali LFP baterije
|
Ključna specifikacija |
Standardna litij-ionska baterija, Li-ionska / NMC |
Litij železofosfatna baterija, LiFePO4 / LFP |
|
Nazivna napetost celice |
3.6V–3.7V |
3.2V |
|
Gostota energije |
Visoka, približno 150–250 Wh/kg |
Zmerno, približno 100–170 Wh/kg |
|
Življenjska doba pri 80 % DoD |
Približno 500–1000 ciklov |
Približno 2.000–6,000+ ciklov |
|
Tipična življenjska doba |
2–5 let |
10–15 let |
|
Začetek toplotnega pobega |
Približno 210 stopinj/310 stopinj F |
Nad 270 stopinj –500 stopinj |
|
Tipične aplikacije |
Pametni telefoni, električna orodja, droni |
Solarni hranilniki, avtodomi, sistemi brez{0}}omrežja |
Energijska gostota in teža
Standardne litij{0}}ionske baterije NMC nudijo visoko energijsko gostoto. So dobra izbira, ko sta prednost nizka teža in kompaktna velikost.
Tipične aplikacije vključujejo:
- Prenosna elektronika
- Droni
- Akumulatorska električna orodja
- Lahki izdelki za električno mobilnost
Varnost in dolga življenjska doba
LiFePO4 baterije nudijo boljšo toplotno stabilnost in daljšo življenjsko dobo.
Zelo so primerni za:
- Shranjevanje sončne energije
- Stanovanjsko shranjevanje energije
- RV in pomorski sistemi
- Izključen{0}}iz omrežja
- Rezervno napajanje
- Aplikacije z globokim-ciklom
Za projekte, ki zahtevajo pogosto kroženje, dolgo življenjsko dobo in visoko stopnjo toplotne stabilnosti, je LiFePO4 pogosto bolj praktična izbira.
Referenca:Transakcije IEEE o pretvorbi energije
Blumoti razvija pakete litijevih baterij za ponovno polnjenje za širok razpon napetosti, zmogljivosti, ohišja in aplikacij.
2. Kako delujejo litijeve baterije za polnjenje
2.1 Litij-ionska interkalacija in de-interkalacija
Litijeva baterija za ponovno polnjenje shranjuje in sprošča energijo s premikanjem litijevih ionov med katodo in anodo.
Anoda je običajno izdelana iz grafita.
Med polnjenjem
Litijevi ioni zapustijo katodo.
Premikajo se skozi elektrolit in separator, nato vstopijo v grafitno strukturo anode.
Električna energija se pretvori v shranjeno kemično energijo.
Med praznjenjem
Litijevi ioni zapustijo anodo in se vrnejo na katodo.
Istočasno elektroni tečejo skozi zunanje vezje in napajajo priključeno breme.
Ta proces je reverzibilen, kar omogoča večkratno polnjenje in praznjenje baterije.
3. CC/CV polnjenje in zaščita BMS
Pravilno zasnovan polnilec za litijeve baterije običajno uporablja profil polnjenja CC/CV.
CC/CV pomeni:
- Konstantni tok
- Konstantna napetost
Konstantna-trenutna stopnja
Med fazo-konstantnega toka polnilnik oddaja fiksni tok.
Napetost baterije postopoma narašča.
V tej fazi se običajno obnovi približno 70–80 % zmogljivosti baterije.
Konstantna-napetostna stopnja
Ko baterija doseže največjo polnilno napetost, polnilec vzdržuje napetost na fiksni ravni.
Tipične največje napetosti celic vključujejo:
- Približno 4,2 V za številne standardne litij{1}}ionske celice
- Približno 3,65 V za celice LiFePO4
Polnilni tok se nato postopoma zmanjšuje.
Polnjenje se konča, ko tok pade na mejno vrednost polnilnika, ki je pogosto okoli 0,02C–0,05C.
Sistem za upravljanje baterije ali BMS je kritičen del paketa litijevih baterij za ponovno polnjenje.
BMS nadzoruje baterijo in jo ščiti pred nevarnimi pogoji delovanja.
Referenca: varnostni standard za industrijsko litijevo baterijo IEC 62619.
Zaščita pred preobremenitvijo
BMS pomaga preprečiti dvig napetosti celice nad varno mejo.
Previsoka napetost lahko poveča nastajanje toplote in povzroči razgradnjo elektrolita.
Zaščita pred-praznjenjem
BMS preprečuje, da bi napetost celice padla pod minimalno varno raven.
Pri nekaterih litijevih celicah lahko huda prekomerna-razelektritev pod približno 2,5 V povzroči trajno poškodbo.
Uravnoteženje celic
Celice, povezane zaporedno, se ne starajo vedno enako hitro.
Uravnoteženje celic pomaga zmanjšati razlike v napetosti in zmogljivosti med posameznimi celicami.
Zaščita pred previsoko temperaturo
BMS spremlja temperaturo baterije.
Lahko prekine polnjenje ali praznjenje, ko temperatura preseže dovoljeno območje.
Zaščita-kratkega stika
BMS lahko odklopi baterijo, ko zazna prevelik tok ali kratek stik.
Ta zaščita se lahko odzove v milisekundah.
4. Kako podaljšati življenjsko dobo litijeve baterije za polnjenje
Razgradnja litijeve baterije je nepopravljiva.
Vendar lahko dobre prakse polnjenja, praznjenja in shranjevanja upočasnijo izgubo zmogljivosti in podaljšajo življenjsko dobo baterije.
4.1 Upoštevajte 20%–80%--pravilo o stanju napolnjenosti
- Izogibajte se izpraznitvi baterije na 0 %, kadar koli je to mogoče.
- Pogosta globoka razelektritev poveča mehanski in elektrokemični stres v celici.
- Za vsakodnevno uporabo lahko ohranjanje baterije med približno 20 % in 80 % napolnjenosti zmanjša obremenitev materialov elektrod.
- To je še posebej uporabno, kadar največji čas delovanja ni potreben vsak dan.
Referenca: Battery University, BU-808.
Praktično priporočilo
- Baterijo ponovno napolnite, ko napolnjenost pade na približno 20 %–30 %.
- Za rutinsko uporabo ustavite polnjenje pri približno 80 %–90 %, ko oprema omogoča nastavljive meje napolnjenosti.
- Popolna 100-odstotna napolnjenost je še vedno uporabna, ko je potreben najdaljši čas delovanja.
- Vendar pa lahko dolgotrajno polno litijevo baterijo pospešite staranje koledarja.
4.2 Nadzor stopnje polnjenja
Stopnja polnjenja je pogosto izražena kot C-stopnja.
Na primer:
- Stopnja polnjenja 0,5C za 100Ah baterijo je enaka 50A
- Stopnja polnjenja 0,25C za 100Ah baterijo je enaka 25A
Za številne aplikacije stopnja polnjenja med 0,25 C in 0,5 C zagotavlja praktično ravnovesje med hitrostjo polnjenja, proizvodnjo toplote in življenjsko dobo baterije.
Stroški hitrega polnjenja
- Polnjenje pri 1C ali več lahko skrajša čas polnjenja.
- Vendar večji tok ustvarja tudi več notranje toplote.
- V neustreznih pogojih lahko agresivno polnjenje poveča tveganje litijeve prevleke in pospeši razgradnjo baterije.
- Pravilen polnilni tok mora upoštevati specifikacijo celice, oceno BMS in navodila proizvajalca baterije.
4.3 Ne polnite pri temperaturah pod lediščem
Polnjenje litijeve baterije pod 0 stopinjami ali 32 stopinjami F lahko povzroči litijsko prevleko.
To je še posebej pomembno za LiFePO4 baterije.
Pri nizkih temperaturah se litijevi ioni morda ne bodo učinkovito premikali v grafitno anodo.
Namesto tega lahko na površini anode nastane kovinski litij.
To lahko povzroči:
- Trajna izguba zmogljivosti
- Večji notranji upor
- Zmanjšana življenjska doba cikla
- Tveganje notranjega-kratkega stika
Referenca:Journal of the Electrochemical Society
Za aplikacije v hladnem-vremenu uporabite baterijo z-zaščito pred polnjenjem pri nizkih-temperaturah ali vgrajen-sistem samogrevanja.
Blumoti lahko razvije rešitve za-litijevo baterijo s samogrevanjem za nizko{1}}temperaturne projekte.
4.4 Smernice-za dolgoročno shranjevanje
Pri shranjevanju litijeve baterije za polnjenje za več kot tri mesece upoštevajte te osnovne prakse:
- Baterijo hranite pri približno 40–60 % napolnjenosti
- Hranite ga na suhem in hladnem mestu
- Priporočena temperatura shranjevanja: 5 stopinj –20 stopinj ali 41 stopinj F–68 stopinj F
- Odklopite zunanje obremenitve in kable
- Preprečite, da bi tok stanja pripravljenosti počasi praznil baterijo
- Preverite baterijo vsake tri do šest mesecev
- Ponovno ga napolnite, ko napetost ali stanje napolnjenosti postane prenizko
Izogibajte se shranjevanju litijevih baterij na neposredni sončni svetlobi, v bližini virov toplote ali na mestih z visoko vlažnostjo.
5. Varnost polnjenja in izbira polnilnika
5.1 Ali se lahko za litijevo baterijo uporablja-svinčev polnilnik?
Uporaba standardnega zaprtega svinčenega{0}}polnilnika za litijevo baterijo na splošno ni priporočljiva.
Profili polnjenja so različni.
Polnilnik, ki je primeren za AGM, GEL ali napolnjeno svinčeno-kislinsko baterijo, morda ne bo primeren za litij-ionsko ali LiFePO4 baterijo.
Način desulfacije
Nekateri polnilniki s svinčeno-kislino uporabljajo način razžveplanja ali popravila.
Ta način lahko ustvari visoko{0}}napetostne impulze, ki včasih dosežejo 16–20 V ali več v nominalnem sistemu 12 V.
Ti napetostni impulzi lahko sprožijo litijevo baterijo BMS ali poškodujejo notranje elektronske komponente.
Plavajoče polnjenje
Svinčeve-kislinske baterije se po dosegu polne napolnjenosti pogosto držijo pri plavajoči napetosti.
Litijeve baterije običajno ne zahtevajo neprekinjenega polnjenja na enak način.
Dolgotrajna uporaba litijeve baterije pri visoki napetosti lahko poveča elektrokemični stres in pospeši staranje.
Namenski polnilnik za litijeve baterije mora uporabljati pravilen profil CC/CV in pravilno končno polnilno napetost.
Sklic: Smernice UL 1973 za stacionarne in pogonske pomožne napajalne baterije.
5.2 Osem varnostnih pravil za polnjenje litijeve baterije
1. Uporabite ustrezen polnilnik
Uporabite polnilnik, zasnovan za kemijo baterije.
Standardna litij-ionska baterija in baterija LiFePO4 lahko zahtevata različne napetosti polnjenja.
2. Izogibajte se nenadzorovanemu polnjenju
Ne puščajte poškodovane, nepreverjene ali neskladne baterije za polnjenje brez nadzora.
Kadar je to primerno, naj bo v bližini območja polnjenja delujoč dimni alarm.
3. Polnite na varnem mestu
Baterijo postavite na stabilno površino,-odporno na vročino.
Hranite ga ločeno od papirja, blaga, goriva in drugih vnetljivih materialov.
Poskrbite za ustrezno prezračevanje.
4. Spremljajte temperaturo baterije
Majhno povišanje temperature je lahko normalno.
Takoj prenehajte s polnjenjem, če se baterija nenavadno segreje.
5. Redno pregledujte baterijo
Nehajte uporabljati baterijo, če opazite:
- otekanje
- Izbočeno
- Razpoke
- Deformacija
- Puščanje
- Nenavaden vonj
- Poškodovani terminali
- Taljeno ožičenje
Obrnite se na kvalificiranega ponudnika storitev ali obrat za recikliranje.
6. Baterijo naj bo suha
Baterijo zaščitite pred vodo, kondenzacijo, korozijo in prekomerno vlago.
Sponke naj bodo čiste in suhe.
7. Preprečite zunanje kratke stike
Ne dovolite, da bi kovinsko orodje, kabli ali prevodni predmeti povezali pozitivni in negativni priključek.
Uporabite pokrove sponk in ustrezno izolacijo.
8. Ne odpirajte ali luknjajte baterije
Ne razstavljajte, drobite, vrtajte ali luknjajte litijevih celic ali baterij.
Notranje komponente lahko ostanejo električno in kemično aktivne tudi, ko je baterija videti izpraznjena.
Pogosta vprašanja o litijevih baterijah za polnjenje
V1: Ali se vse litijeve baterije lahko polnijo?
št.
Litijeve baterije spadajo v dve veliki kategoriji.
Primarne litijeve baterije ni mogoče ponovno napolniti. Pogost primer je gumbasta celica CR2032 z litij-manganovim dioksidom.
Sekundarne litijeve baterije se lahko polnijo. Ti vključujejo:
- Litij{0}}ionske baterije
- Litij-polimerne baterije
- LiFePO4 baterije
V2: Kaj se zgodi v litijevi bateriji, ko jo ponovno napolnimo?
Polnilnik napaja baterijo z električno energijo.
Litijevi ioni zapustijo katodo, se premikajo skozi elektrolit in vstopijo v grafitno strukturo anode.
Baterija shranjuje električno energijo kot kemično energijo.
V3: Kolikokrat je mogoče napolniti litijevo baterijo?
Odvisno je od kemije baterije, delovne temperature, globine izpraznjenosti, hitrosti polnjenja in kakovosti celic.
Standardna litij{0}}ionska baterija NMC lahko zagotovi približno 500–1000 ciklov.
Visoko{0}}kakovostna baterija LiFePO4 lahko zagotovi približno 2000–6000 ali več ciklov pri 80-odstotni globini izpraznjenosti.
Življenjsko dobo, ki jo je navedel proizvajalec, je treba vedno pregledati skupaj s preskusnimi pogoji.
V4: Ali litijeve baterije za ponovno polnjenje potrebujejo poseben polnilnik?
ja
Litijeve baterije za polnjenje zahtevajo polnilnik s pravilnim profilom CC/CV, omejitvijo napetosti in polnilnim tokom.
Uporaba napačnega polnilnika lahko povzroči nepopolno polnjenje, zaustavitev BMS, pregrevanje ali poškodbo baterije.
V5: Kdaj morate ponovno napolniti litij{1}}ionsko baterijo?
Za rutinsko uporabo napolnite baterijo, ko doseže približno 20–30 % napolnjenosti.
Ni vam treba čakati, da baterija doseže 0%.
Plitko polnjenje in praznjenje lahko pomaga zmanjšati obremenitev baterije.
V6: Ali so litij-ionske baterije za polnjenje varne?
Litijeve baterije za polnjenje je mogoče varno uporabljati, če so pravilno zasnovane, izdelane, nameščene in napolnjene.
Baterija mora vsebovati ustrezen BMS in izpolnjevati zahtevane standarde za svojo uporabo in trg.
Skupni dokumenti in potrdila lahko vključujejo:
- UN38.3
- CE
- UL
- standardi IEC
Kemija LiFePO4 na splošno nudi višjo toplotno stabilnost kot številne običajne kemije litij-ionov.
V7: Kako dolgo trajajo polnilne litijeve baterije?
Življenjska doba je odvisna od kemije in delovnih pogojev.
Litijeve baterije, ki se uporabljajo v potrošniški elektroniki, lahko trajajo približno dve do tri leta.
LiFePO4 baterije, ki se uporabljajo v avtodomih, solarnih sistemih in sistemih za shranjevanje energije, lahko pod ustreznimi pogoji zagotavljajo koledarsko življenjsko dobo 10–15 let.
Dejansko življenje je odvisno od:
- Temperatura
- Polnilna napetost
- Razpon--stanja napolnjenosti
- Globina praznjenja
- Tok polnjenja in praznjenja
- Pogoji shranjevanja
- Kakovost celice
- Konfiguracija BMS
V8: Kakšna je razlika med litijevo baterijo in litij-ionsko baterijo?
"Litijeva baterija" je širok izraz.
Lahko se nanaša na baterije za polnjenje in baterije, ki jih ni-za polnjenje, ki uporabljajo kemijo-na osnovi litija.
Litij{0}}ionska baterija je baterija za ponovno polnjenje, ki shranjuje energijo s premikanjem litijevih ionov med katodo in anodo.
Primarne litijeve kovinske baterije običajno ni mogoče ponovno napolniti.
V9: Ali lahko pustite litijevo baterijo, da se polni čez noč?
Pravilno zasnovan polnilnik in BMS morata ustaviti ali omejiti polnjenje, ko je baterija popolnoma napolnjena.
Vendar pa ni priporočljivo, da pustite baterijo, ki se polni dlje časa brez nadzora, še posebej, če je polnilnik, stanje baterije ali kakovost namestitve negotova.
Uporabljajte odobreno opremo in upoštevajte navodila proizvajalca.
V10: Ali je bolje litijevo baterijo napolniti do 80 % ali 100 %?
Polnjenje na približno 80 %–90 % lahko pomaga zmanjšati dolgoročno-obremenitev baterije.
Polnjenje do 100 % zagotavlja največji čas delovanja.
Najboljša izbira je odvisna od načina uporabe baterije.
Za vsakodnevno delovanje lahko omejitev napolnjenosti 80–90 % podpira daljšo življenjsko dobo baterije.
Za potovanja, rezervno napajanje ali druge situacije, kjer je potrebna največja zmogljivost, je morda primerno polnjenje do 100 %.
V11: Ali je treba litij{1}}ionsko baterijo pred polnjenjem popolnoma izprazniti?
št.
Litij-ionske baterije nimajo enakega spominskega učinka kot starejše nikelj-kadmijeve baterije.
Popolna izpraznitev ni potrebna.
Pogosto globoko praznjenje lahko poveča obrabo baterije.
V12: Zakaj se polnilne litijeve baterije sčasoma razgradijo?
Propadanje baterije ima več vzrokov.
Pogosti mehanizmi vključujejo:
- Rast medfaze trdnega elektrolita ali plasti SEI
- Izguba aktivnega litija
- Razčlenitev elektrodnih materialov
- Oksidacija elektrolitov
- Izpostavljenost-visoki temperaturi
- Litijeva prevleka
- Ponavljajoče se mehanske obremenitve med kolesarjenjem
Tako uporaba kot shranjevanje prispevata k staranju baterije.
V13: Kako je treba litijeve baterije odvreči ali reciklirati?
Litijskih baterij ne odlagajte v običajne gospodinjske smeti.
Izpostavljene sponke pokrijte z izolirnim trakom.
Baterijo odnesite v odobren center za recikliranje baterij, obrat za recikliranje elektronike ali zbirno mesto za nevarne odpadke.
Upoštevajte lokalne predpise o recikliranju in transportu.
V14: Ali se lahko litij-ionske baterije med polnjenjem vnamejo?
Litijeva baterija se lahko pregreje ali začne toplotno pobegniti, če je izpostavljena resni zlorabi ali okvari.
Možni vzroki vključujejo:
- Nezdružljiv polnilnik
- Notranji kratek stik
- Zunanji kratek stik
- Fizična punkcija
- Proizvodne napake
- Močno prenapolnjenost
- Prekomerna vročina
- Poškodbe zaradi vode
- Okvara zaščitne elektronike
Pravilno zasnovan BMS, primerno ohišje, skladen polnilnik in preverjen varnostni certifikat lahko znatno zmanjšajo ta tveganja.
V15: Kakšna je najboljša temperatura za shranjevanje litijevih baterij za ponovno polnjenje?
Na splošno je primerna temperatura shranjevanja med 5 stopinj in 20 stopinj ali 41 stopinj F in 68 stopinj F.
Izogibajte se daljšemu shranjevanju baterije nad 30 stopinj.
Visoka temperatura je eden glavnih vzrokov za pospešeno staranje koledarja in trajno izgubo zmogljivosti.
V16: Kako lahko preverite, ali je polnilna litijeva baterija še vedno v dobrem stanju?
Za preverjanje napetosti odprtega{0}}vezja lahko uporabite multimeter.
Vendar samo napetost ne zagotavlja popolne ocene zdravja baterije.
Test zmogljivosti je bolj uporaben.
Profesionalni preizkuševalec kapacitete baterije lahko baterijo izprazni pod nadzorovanimi pogoji in izmeri njeno dejansko kapaciteto v amp-urah ali vat-urah.
Za baterijo, ki obdrži manj kot približno 80 % svoje prvotne nazivne zmogljivosti, se pogosto šteje, da je dosegla običajni--prag življenjske dobe.
Dodatni testi lahko vključujejo:
- Merjenje notranjega upora
- Primerjava celične napetosti
- Pregled{0}}kode napak BMS
- Nadzor temperature polnjenja in praznjenja
- Obremenitveno testiranje
- Testiranje izolacije
7. Izbira prave litijeve baterije za polnjenje Blumoti
Razumevanje kemije baterije je prvi korak k varnemu in zanesljivemu delovanju.
Za izboljšanje delovanja baterije in življenjske dobe:
- Uporabite pravilen polnilec za litijevo baterijo
- Izogibajte se pogostemu globokemu praznjenju
- Baterija naj bo v zmernem stanju--razpona napolnjenosti
- Izogibajte se polnjenju pod lediščem
- Omejite izpostavljenost visokim temperaturam
- Upoštevajte omejitve toka in napetosti proizvajalca
- Baterijo shranjujte delno napolnjeno
- Uporabite pravilno konfiguriran BMS
Blumoti dobavlja rešitve za polnjenje litijevih baterij za shranjevanje energije, pogonsko moč, avtodome, ladje, rezervno napajanje in aplikacije po meri.
Razpoložljive možnosti projekta lahko vključujejo:
- Baterijski paketi LiFePO4
- Prilagojena napetost in zmogljivost
- Mere baterije po meri
- Pametna integracija BMS
- CAN in RS485 komunikacija
- Bluetooth spremljanje
- Zaščita pred-nizkimi temperaturami
- Samo{0}}ogrevalni sistemi
- Ohišja po meri
- OEM blagovna znamka
- Konektorji in terminali,-specifični za projekt
- Dokumentacija, povezana z UN38.3, CE in UL-
Za oceno projekta navedite:
- Aplikacija
- Zahtevana napetost
- Zahtevana zmogljivost
- Neprekinjen tok
- Vrhunski tok
- Način polnjenja
- Delovna temperatura
- Prostor za namestitev
- Komunikacijski protokol
- Destinacijski trg
- Predvidena količina naročila
Obiščite spletno mesto Blumoti nawww.blumoti-battery.comza razpravo o rešitvi litijeve baterije za ponovno polnjenje po meri za vaš projekt.
